CN107357319A - 二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法 - Google Patents

二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法 Download PDF

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback

Abstract

本发明涉及二轴陀螺仪式运动仓内控制方法，二轴陀螺仪式运动仓包括内部球形仓和固定在地面的最外层支架，内部球形仓包括套在一起、球心重合、直径不等的球体形状的载人运动仓和Y轴运动仓，载人运动仓外表面通过对称的转轴固定在Y轴运动仓内表面，Y轴运动仓外表面通过对称的转轴固定在支架上，2个球体的转轴连线垂直、相交且都经过球心；设2个转轴在同一水平面时，球心为坐标原点，根据运动对象在三维空间中的实时坐标M＝(x,y,z)，根据M＝(x,y,z)中的x值、y值分别给载人运动仓和Y轴运动仓一个反方向的旋转力。

Description

二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法
技术领域
本发明涉及到的是二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法。
背景技术
运动对象在二轴陀螺仪(最内层球体和外层球体球心重合套在一起，最内层球体外表面通过转轴固定在外层球体内表面，外层球体外表面通过转轴固定在支架上)最内层球体表面上发生运动时，由于重力作用会导致最内层和外层球体随之转动，并且最终使运动对象回到垂直地面的中心位置。
当二轴陀螺仪直径很大，实际运行过程中，由于各转轴存在摩擦及运动惯性等因素限制，当运动对象在最内层球体运动时，只靠转轴的重力运动无法使Oˊ(Oˊ为移动后的位置，上文中的“垂直地面的中心位置”为O点，当运动仓初始状态静止时O与O’重合)在规定时间内与O重合。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出了在二轴陀螺仪式运动仓中使用的，使最内层和外层球体快速旋转，从而使得运动对象快速回到垂直地面的中心位置的运动控制方法。
二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法，二轴陀螺仪式运动仓包括内部球形仓和固定在地面的最外层支架，内部球形仓包括套在一起、球心重合、直径不等的球体形状的载人运动仓和Y轴运动仓，载人运动仓外表面通过对称的转轴固定在Y轴运动仓内表面，Y轴运动仓外表面通过对称的转轴固定在支架上，2个球体的转轴连线垂直、相交且都经过球心；设2个转轴在同一水平面时，球心为坐标原点，根据运动对象在三维空间中的实时坐标M＝(x,y,z)，根据M＝(x,y,z)中的x值、y值分别给载人运动仓和Y轴运动仓一个反方向的旋转力。
进一步的，根据M＝(x,y,z)中的x值、y值，使载人运动仓和Y轴运动仓分别反方向旋转∣x∣、∣y∣。
进一步的，在2个球体的转轴上安装旋转电机，通过旋转电机旋转载人运动仓和Y轴运动仓。
进一步的，使用者在距原点0.5米范围内时各转转动速度不得超过1m/s。
附图说明
图1为二轴陀螺仪式运动仓结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，二轴陀螺仪式运动仓内运动控制系统，包括内部球形仓和固定在地面的最外层支架3，内部球形仓包括套在一起、球心重合、直径不等的球体形状的载人运动仓1和Y轴运动仓2，载人运动仓1外表面通过转轴，即为“X轴”12，固定在Y轴运动仓2内表面，Y轴运动仓2外表面通过转轴，即为“Y轴”21固定在支架3上，2个球体的转轴连线垂直、相交且都经过球心。载人运动仓1为全封闭球体，开有直径1米的仓门11，供人员进出，人员准备好后仓门关闭。Y轴运动仓2为全封闭球形骨架。载人运动仓1直径6米，以方便运动对象进行各种动作。
运动对象在二轴机械陀螺仪内部载人运动仓1产生位置移动时，由于重力作用会导致各层球体随之转动。由于“X轴”、“Y轴”互相垂直，可选择2个转轴在同一平面时载人运动仓1的下顶点为起始参考点Oˊ，该点相对于地面的空间位置为O，当运动仓初始状态静止时O与O’重合；设运动对象的左右运动方向为Y轴方向，前后运动方向为X轴方向，以载人运动仓1所在的球面为坐标计算球面，球面原点与O重合。
理想状态下，运动对象在载人运动仓1的运动由于重力作用带动各转轴发生转动，可以使运动对象在一定时间内随着内部球形仓的转动回到原点。比如运动对象向正前(后)方即X轴运动时，Y轴运动仓2发生转动，可保证Oˊ在一定时间内回到O点；同理当运动对象左右(Y轴)运动时，载人运动仓1转动，可保证Oˊ在一定时间内回到O点；设2个转轴在同一水平面时，球心为坐标原点，当运动对象产生任意位移时，Oˊ在计算球面映射的坐标为(X1,Y1,Z1)，“X轴”、“Y轴”同时转动，可以使Oˊ在一定时间内回到O点。实际运行过程中，由于各转轴存在摩擦及运动惯性等因素限制，当运动对象在内侧球体运动时只靠运动对象对转轴产生的分力进行旋转运动，无法使Oˊ在规定时间内与O重合。此时在“X轴”、“Y轴”处增加转速控制装置，使转轴在规定时间内满足Oˊ与O重合。
由此，导出二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法，在二轴陀螺仪式运动仓的最内层球体和外层球体各自转轴——“X轴”、“Y轴”——上安装旋转电机，根据运动对象在三维空间中的实时坐标为M＝(x,y,z)，各转轴电机分别按x、y的值，反方向旋转∣x∣、∣y∣。

Claims (4)

1.二轴陀螺仪式运动仓内控制方法，其特征为：二轴陀螺仪式运动仓包括内部球形仓和固定在地面的最外层支架，内部球形仓包括套在一起、球心重合、直径不等的球体形状的载人运动仓和Y轴运动仓，载人运动仓外表面通过对称的转轴固定在Y轴运动仓内表面，Y轴运动仓外表面通过对称的转轴固定在支架上，2个球体的转轴连线垂直、相交且都经过球心；设2个转轴在同一水平面时，球心为坐标原点，根据运动对象在三维空间中的实时坐标M＝(x,y,z)，根据M＝(x,y,z)中的x值、y值分别给载人运动仓和Y轴运动仓一个反方向的旋转力。
2.如权利要求1所述的二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法，其特征为：根据M＝(x,y,z)中的x值、y值，使载人运动仓和Y轴运动仓分别反方向旋转∣x∣、∣y∣。
3.如权利要求2所述的二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法，其特征为：在2个球体的转轴上安装旋转电机，通过旋转电机旋转载人运动仓和Y轴运动仓。
4.如权利要求1-3之一所述的二轴陀螺仪式运动仓内运动控制方法，其特征为：使用者在距原点0.5米范围内时各转转动速度不得超过1m/s。
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